package com.raymond.algorithm.idgenerator;

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 * 雪花算法
 * 是 Twitter 开源的分布式 id 生成算法。
 * 其核心思想就是：使用一个 64 bit 的 long 型的数字作为全局唯一 id。
 * 在分布式系统中的应用十分广泛，且ID 引入了时间戳，基本上保持自增的
 *
 * 这 64 个 bit 中，其中 1 个 bit 是不用的，然后用其中的 41 bit 作为毫秒数，用 10 bit 作为工作机器 id，12 bit 作为序列号。
 *
 * 给大家举个例子吧，比如下面那个 64 bit 的 long 型数字：
 *
 * 第一个部分，是 1 个 bit：0，这个是无意义的。
 * 第二个部分是 41 个 bit：表示的是时间戳。
 * 第三个部分是 5 个 bit：表示的是机房 id，10001。
 * 第四个部分是 5 个 bit：表示的是机器 id，1 1001。
 * 第五个部分是 12 个 bit：表示的序号，就是某个机房某台机器上这一毫秒内同时生成的 id 的序号，0000 00000000。
 *
 * ①1 bit：是不用的，为啥呢？
 * 因为二进制里第一个 bit 为如果是 1，那么都是负数，但是我们生成的 id 都是正数，所以第一个 bit 统一都是 0。
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 * ②41 bit：表示的是时间戳，单位是毫秒。
 * 41 bit 可以表示的数字多达 2^41 - 1，也就是可以标识 2 ^ 41 - 1 个毫秒值，换算成年就是表示 69 年的时间。
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 * ③10 bit：记录工作机器 id，代表的是这个服务最多可以部署在 2^10 台机器上，也就是 1024 台机器。
 * 但是 10 bit 里 5 个 bit 代表机房 id，5 个 bit 代表机器 id。意思就是最多代表 2 ^ 5 个机房（32 个机房），
 * 每个机房里可以代表 2 ^ 5 个机器（32 台机器），也可以根据自己公司的实际情况确定。
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 * ④12 bit：这个是用来记录同一个毫秒内产生的不同 id。
 * 12 bit 可以代表的最大正整数是 2 ^ 12 - 1 = 4096，也就是说可以用这个 12 bit 代表的数字来区分同一个毫秒内的 4096 个不同的 id。
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 * 简单来说，你的某个服务假设要生成一个全局唯一 id，那么就可以发送一个请求给部署了 SnowFlake 算法的系统，由这个 SnowFlake 算法系统来生成唯一 id。
 * 这个 SnowFlake 算法系统首先肯定是知道自己所在的机房和机器的，比如机房 id = 17，机器 id = 12。
 * 接着 SnowFlake 算法系统接收到这个请求之后，首先就会用二进制位运算的方式生成一个 64 bit 的 long 型 id，64 个 bit 中的第一个 bit 是无意义的。
 * 接着 41 个 bit，就可以用当前时间戳（单位到毫秒），然后接着 5 个 bit 设置上这个机房 id，还有 5 个 bit 设置上机器 id。
 * 最后再判断一下，当前这台机房的这台机器上这一毫秒内，这是第几个请求，给这次生成 id 的请求累加一个序号，作为最后的 12 个 bit。
 * 最终一个 64 个 bit 的 id 就出来了，类似于：
 * 0|00111100100010110010110000111010010011100|10001|01100|000000000000
 *
 * 优点：
 *（1）高性能高可用：生成时不依赖于数据库，完全在内存中生成。
 *（2）容量大：每秒中能生成数百万的自增ID。
 *（3）ID自增：存入数据库中，索引效率高。
 *
 * 缺点：
 * 依赖与系统时间的一致性，如果系统时间被回调，或者改变，可能会造成id冲突或者重复。
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 * @author :  raymond
 * @version :  V1.0
 * @date :  2021-04-28 09:27
 */
public class SnowFlake {
    /**定义起始时间**/
    @SuppressWarnings("FieldCanBeLocal")
    private final long startTime = 1619578687795L;
    /**工作机器id(二进制五位,最大31)**/
    private int workerId;
    /**机房id(二进制五位,最大31)**/
    private int dataCenterId;
    /**序号(同一毫秒序号加1)**/
    private int sequence;
    /**最后一次生成时间**/
    private long lastTimestamp = System.currentTimeMillis();

    /**5位的工作机器id**/
    private int workerIdBits = 5;
    /**5位的机房id**/
    private int dataCenterIdBits = 5;
    /**每毫秒内产生的id数 2 的 12次方**/
    private int sequenceBits = 12;
    /**序号最大值**/
    private int maxSequence = ~(-1 << sequenceBits);
    /**这个是二进制运算，就是5 bit最多只能有31个数字，也就是说工作机器id最多只能是32以内**/
    @SuppressWarnings("FieldCanBeLocal")
    private int maxWorkerId = ~(-1 << workerIdBits);
    /**这个是一个意思，就是5 bit最多只能有31个数字，机房id最多只能是32以内**/
    @SuppressWarnings("FieldCanBeLocal")
    private int maxDataCenterId = ~(-1 << dataCenterIdBits);
    /**工作机器id需要左移位数**/
    private int workerIdShift = sequenceBits;
    /**机房id需要左移位数**/
    private int dataCenterIdShift = sequenceBits + workerIdBits;
    /**时间戳需要左移位数**/
    private int timestampLeftShift = sequenceBits + workerIdBits + dataCenterIdBits;


    private static SnowFlake snowFlake = null;

    private SnowFlake(int dataCenterId, int workerId) {
        // 检查机房id和工作机器id是否超过31 不能小于0
        if (workerId > maxWorkerId || workerId < 0) {
            throw new IllegalArgumentException(
                    String.format("worker Id can't be greater than %d or less than 0", maxWorkerId));
        }
        if (dataCenterId > maxDataCenterId || dataCenterId < 0) {
            throw new IllegalArgumentException(
                    String.format("dataCenter Id can't be greater than %d or less than 0", maxDataCenterId));
        }
        this.dataCenterId = dataCenterId;
        this.workerId = workerId;

    }

    public static SnowFlake getInstance(int dataCenterId, int workerId) {
        if (snowFlake == null) {
            synchronized (SnowFlake.class) {
                if (snowFlake == null) {
                    snowFlake = new SnowFlake(workerId, dataCenterId);
                }
            }
        }
        return snowFlake;
    }

    public synchronized long nextId() {
        long now = System.currentTimeMillis();
        if (now < lastTimestamp) {
            //时间回溯
            throw new RuntimeException(
                    String.format("Clock moved backwards. Refusing to generate id for %d milliseconds",
                            lastTimestamp - now));
        }
        if (lastTimestamp == now) {
            if (++sequence > maxSequence) {
                now = tilNextMillis();
                sequence = 0;
            }
        }else {
            sequence = 0;
        }
        // 这儿记录一下最近一次生成id的时间戳，单位是毫秒
        lastTimestamp = now;
        // 这儿就是最核心的二进制位运算操作，生成一个64bit的id
        // 先将当前时间戳左移，放到41 bit那儿；将机房id左移放到5 bit那儿；将机器id左移放到5 bit那儿；将序号放最后12 bit
        // 最后拼接起来成一个64 bit的二进制数字，转换成10进制就是个long型
        return ((now - startTime) << timestampLeftShift) |
                (dataCenterId << dataCenterIdShift) |
                (workerId << workerIdShift) | sequence;
    }

    private long tilNextMillis() {
        long timestamp = System.currentTimeMillis();
        while (timestamp <= lastTimestamp) {
            timestamp = System.currentTimeMillis();
        }
        return timestamp;
    }

    public static void main(String[] args) {
        SnowFlake snowFlake = SnowFlake.getInstance(1, 1);
        for (int i = 0; i < 30; i++) {
            System.out.println(snowFlake.nextId());
        }
    }
}
